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Vidéo de la leçon : Tests d’identification des anions Chimie

Dans cette leçon, nous allons apprendre comment identifier les ions négatifs en solution aqueuse d’après leur réactivité ainsi que la couleur et la solubilité de leurs sels.

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Dans cette leçon, nous allons apprendre à identifier les ions négatifs en solution aqueuse en fonction de leur réactivité, de la couleur et de la solubilité de leurs sels. En laboratoire, il est utile de savoir si nous avons des substances qui sont dissoutes ou pas dans un échantillon d’eau liquide, en d’autres termes de savoir si l’échantillon d’eau est pur. Il peut également être très utile de pouvoir identifier les substances présentes dans une solution inconnue.

De nombreuses substances se dissolvent dans l’eau. Dans cette leçon, nous allons nous concentrer sur les substances appelées sels ioniques. De nombreux sels ioniques se dissolvent facilement dans l’eau pour former des solutions. Les sels ioniques qui se dissolvent facilement dans l’eau sont donc appelés sels solubles. En ajoutant un sel ionique soluble à l’eau et en agitant bien, nous nous attendons à obtenir une solution du sel ionique. Une fois le sel ionique dissous, nous ne pourrons pas dire que les particules de sel se trouvent dans la solution. Très souvent, les sels ioniques n’ont pas de couleur évidente. Cela est particulièrement vrai pour les sels de métaux des groupes un et deux du tableau périodique.

De nombreux sels ioniques n’ont pas d’odeur évidente. Et quand ils se dissolvent en petites quantités pour former des solutions, il nous semble qu’ils ont disparu. Cependant, les sels ioniques contiennent des ions positifs et des ions négatifs maintenus ensemble par une forte liaison ionique dans un réseau cristallin. Les ions positifs sont appelés cations, et les ions négatifs sont appelés anions. Dans le cas du sel appelé chlorure de sodium, les cations sont des ions de sodium, ou Na +, et les anions sont des ions chlorure, ou Cl-.

Lorsque ces cristaux ioniques solides sont placés dans l’eau, les ions sont entourés de molécules d’eau et se libèrent du réseau cristallin. Les ions se dissolvent dans une solution, où ils peuvent se déplacer librement. Ainsi, les solutions de sels ioniques contiendront des cations et des anions qui sont mobiles dans la solution. Très souvent, nous ne saurons pas qu’ils sont là en regardant simplement la solution.

Une solution de chlorure de sodium contiendra des ions de sodium de charge positive et des ions chlorure de charge négative. Les deux ions sont incolores, donc une solution de chlorure de sodium a le même aspect qu’un échantillon d’eau pure. En laboratoire, il peut être très important de savoir si ces ions sont présents. Nous devons supposer que toutes les substances inconnues du laboratoire sont toxiques. Il ne faut donc jamais goûter des échantillons inconnus. Nous avons besoin de tests chimiques simples pour répondre à des questions telles que la présence d’ions de chlore dans cette solution.

Heureusement, il existe une gamme de tests fiables qui peuvent facilement être effectués en laboratoire avec des tubes à essai et des produits chimiques ou des réactifs connus. Ces tests sont rapides et donnent un résultat évident. Les observations simples qu’on peut faire au cours de ces tests peuvent inclure des changements de couleur. Y compris des substances qui deviennent incolores. Une autre observation que nous pouvons faire est l’apparition d’un solide à partir d’un mélange de solutions. Ce dernier est connu sous le nom de précipité. Nous pourrions remarquer des bulles de gaz ou un pétillement, également connu sous le nom d’effervescence, produits à partir du mélange réactionnel. Les observations doivent être uniques pour les ions testés afin que le résultat ne crée pas de confusion. Ce ne serait pas un test fiable si plusieurs ions différents produisaient tous le même résultat dans un test chimique.

Dans cette leçon, nous nous concentrons sur les tests pour anions ou ions de charge négative. Nous verrons comment se déroulent les tests des ions chlorure, bromure et iodure, collectivement appelés les ions halogénures. Nous verrons également les tests pour les ions sulfate et sulfite. Ce sont des ions distincts, malgré leurs noms et leurs formules chimiques similaires. Nous verrons également les tests pour les ions carbonate et nitrate. Nous verrons quelles observations seront faites pour confirmer un résultat de test positif pour ces ions.

Nous commencerons par un test chimique pour les ions carbonates. Les ions carbonate sont un exemple de base. S’ils sont présents dans une solution, ils vont réagir avec les acides pour produire du gaz carbonique. Par exemple, le carbonate de sodium est un carbonate de métal soluble. Lorsqu’il est dissous dans l’eau, il libère des ions carbonate dans la solution aqueuse. Lorsque nous ajoutons de l’acide chlorhydrique au carbonate de sodium, on obtient le sel de chlorure de sodium, de l’eau et du dioxyde de carbone. C’est une réaction de neutralisation. Donc, si nous ajoutons quelques gouttes d’acide chlorhydrique dilué à la solution de carbonate, des bulles de gaz carbonique seront observées. Cette observation peut également être décrite comme un pétillement ou une effervescence. Nous ne pouvons pas voir le dioxyde de carbone produit car il est incolore. Il est aussi inodore. Dans ce test, on observe un pétillement.

Bien sûr, beaucoup d’autres gaz peuvent provoquer des pétillements. Donc, pour prouver que le gaz est du dioxyde de carbone et qu’il provient des ions carbonate, nous faisons barboter une partie du gaz à travers une solution d’eau de chaux. Cela peut être fait en récupérant une partie du gaz invisible au-dessus du liquide dans le tube à essai avec une pipette en plastique. L’air est d’abord évacué de la pipette et rempli uniquement de gaz carbonique. Il est immédiatement transféré dans l’eau de chaux dans un tube à essai séparé dans lequel il est barboté. Alternativement, si beaucoup de gaz est produit, un tube abducteur peut être utilisé pour faire barboter le gaz en face du récipient de réaction.

L’eau de chaux contient de l’hydroxyde de calcium. L’eau de chaux réagit avec le dioxyde de carbone gazeux et produit un précipité laiteux blanc. Ce précipité est du carbonate de calcium, très insoluble. Cette étape supplémentaire du test confirme que le gaz est du dioxyde de carbone et que la solution d’origine contenait donc des ions carbonate.

Les ions halogénures se trouvent dans les sels contenant les ions chargés négativement des halogènes. Bien que les halogènes puissent produire des solutions colorées dans l’eau, les ions halogénures sont tous incolores. Pour tester les ions halogénures, nous devons d’abord acidifier la solution test avec de l’acide nitrique dilué. Cette étape est effectuée en premier lieu pour éliminer les autres ions qui peuvent être présents, tels que les ions carbonate et les ions hydroxyde. Si présents, ces ions donneront un résultat positif dans la deuxième partie du test, ce qui serait trompeur. Il est important d’utiliser ici l’acide nitrique et non pas l’acide chlorhydrique, car l’acide chlorhydrique contient des ions chlorure. Nous ne voulons pas ajouter les ions que nous recherchons en fait par le test.

Après ajout de quelques gouttes d’acide nitrique dilué, on ajoute quelques gouttes d’une solution de nitrate d’argent. Celle-ci est généralement stockée sous forme de solution diluée dans une bouteille en verre brun car elle est sensible à la lumière. Si des ions halogénures sont présents, des solides apparaîtront dans les solutions. Ces solides sont appelés précipités, et ils ont des couleurs distinctes.

Les ions chlorure formeront du chlorure d’argent, un précipité blanc insoluble. Les ions d’argent aqueux réagissent avec les ions de chlorure aqueux et forment du chlorure d’argent, un solide blanc. Les ions bromure formeront du bromure d’argent, un précipité de couleur crème. Les ions d’argent aqueux réagissent avec les ions de bromure aqueux pour produire du bromure d’argent solide. Les ions iodure formeront un précipité jaune d’iodure d’argent. Les ions d’argent aqueux réagissent avec les ions d’iodure aqueux pour former de l’iodure d’argent solide.

Il faut remarquer que les ions fluorure ne peuvent pas être identifiés en utilisant ce test, car le fluorure d’argent est soluble et ne produit pas du tout un précipité observable. Les précipités blancs, crème et jaunes formés lors de ces tests peuvent parfois être difficiles à distinguer les uns des autres. Par exemple, la couleur du chlorure d’argent peut devenir plus foncée lorsqu’il est exposé à la lumière. Un autre test utilisant une solution d’ammoniac peut être utilisé pour confirmer quel halogénure d’argent conduit au précipité observé. Le chlorure d’argent se dissout facilement si de l’ammoniac dilué est ajouté au précipité. Le bromure d’argent ne se dissout que dans une solution concentrée d’ammoniac. L’iodure d’argent est insoluble dans les solutions d’ammoniac diluées et concentrées. Si des sels d’halogénures solides sont disponibles, de l’acide sulfurique concentré peut être ajouté à une petite quantité de sel solide pour conduire à des observations intéressantes.

Puisque les produits probables de ces réactions sont nocifs ou toxiques, ces tests doivent être effectués dans une sorbonne. En prenant quatre tubes à essai contenant des échantillons solides de fluorure de sodium, de chlorure de sodium, de bromure de sodium et d’iodure de sodium et en ajoutant quelques gouttes d’acide sulfurique concentré dans chaque tube, nous nous attendons aux observations suivantes.

En se chauffant légèrement, le fluorure de sodium produira des fumées corrosives de fluorure d’hydrogène. Cela gravera le verre sur une baguette de verre avec une goutte d’eau sur le bout. Le chlorure de sodium produira des fumées acides de chlorure d’hydrogène gazeux. Ces émanations apparaîtront sous la forme de fumées blanches humides. Ce gaz fera le papier de tournesol bleu humide devenir rouge. Le bromure de sodium produira des fumées orange de brome ainsi que du dioxyde de soufre, un gaz acide. Le dioxyde de soufre fera passer de l’orange au vert un papier acidifié par du dichromate de potassium. L’iodure de sodium produira tout un éventail de produits. Les plus remarquables sont une vapeur violette provenant de l’iode et une odeur d’œufs pourris provenant de l’hydrogène sulfuré gazeux. L’iode peut se condenser sous forme de solide brun ou noir à l’intérieur de l’ouverture du tube.

Les ions sulfate dans les solutions peuvent être identifiés en utilisant une combinaison d’acide chlorhydrique ajouté en premier, suivie d’une solution de chlorure de baryum. L’étape d’acidification est nécessaire d’abord pour éliminer les autres ions, tels que les ions carbonate, qui vont interférer avec le test en donnant un résultat faux positif. Tous les ions carbonates sont éliminés sous forme de gaz carbonique.

Après acidification avec de l’acide chlorhydrique, non sulfurique, car il contient des ions sulfate, que nous recherchons par le test, on ajoute quelques gouttes de chlorure de baryum. Le chlorure de baryum est un sel de baryum très soluble. Si des ions sulfate sont présents, un précipité blanc dense sera produit. Le précipité est du sulfate de baryum, qui est un sel de baryum très insoluble. Le sulfate de baryum est tellement insoluble qu’il peut être utilisé dans des applications médicales, où il est avalé pour fournir un contraste sur les images radiographiques. Il n’empoisonne pas le patient car il n’est pas absorbé par le corps.

La réaction qui se produit dans cet essai est souvent représentée par l’équation ionique simplifiée où les ions spectateurs ont été éliminés. Les ions aqueux de baryum réagissent avec les ions aqueux de sulfate pour produire du sulfate de baryum, un solide blanc.

Les ions sulfite ont la formule chimique SO32−. En anglais, le mot sulfite est parfois orthographié avec ph au lieu de f. L’ion sulfite est également parfois connu sous le nom d’ion sulfate V ou ion sulfate (IV). Il est facilement confondu avec le sulfate ou l’ion sulfate (VI), dont la formule est SO42−. Les sels de sulfite et les solutions de sulfite sont moins fréquemment rencontrés en laboratoire. Ils sont parfois utilisés comme conservateurs dans les produits alimentaires.

Il existe un test intéressant pour voir s’ils sont présents dans la solution. Lorsque de l’acide chlorhydrique est ajouté à une solution contenant des sulfites, du dioxyde de soufre gazeux est produit. Bien que le dioxyde de soufre soit très soluble dans l’eau, sa présence peut être confirmée en utilisant du papier acidifié au dichromate de potassium. Le papier humide passera d’une couleur orange à une couleur verte.

Alternativement, une goutte de solution de permanganate de potassium acidifiée par de l’acide sulfurique peut être maintenue dans le gaz en utilisant la pointe d’une baguette de verre. La solution violette contenant des ions manganate (VII) deviendra incolore à mesure que le sulfate de manganèse (II) incolore sera produit.

La présence d’ions nitrate dans une solution peut être confirmée en ajoutant d’abord une solution de soude. On ajoute ensuite de petits morceaux de papier d’aluminium ou de poudre d’aluminium. Le mélange est ensuite chauffé soigneusement, produisant de l’ammoniac gazeux. L’ammoniac peut être facilement détecté en plaçant un morceau de papier tournesol rouge humide au-dessus de l’ouverture du tube à essai. Il deviendra immédiatement bleu car l’ammoniac est moins dense que l’air. La présence d’ammoniac gazeux généré dans cette réaction prouve que des ions nitrate étaient présents dans la solution initiale. Comme tous les sels de nitrate courants sont solubles, il n’est pas possible d’utiliser pour l’ion nitrate un simple test dans lequel on obtient un précipité.

Nous allons maintenant faire un exercice pour tester votre compréhension du test d’identification des anions.

Quelle est l’équation ionique nette pour la réaction entre le nitrate de baryum et un sulfate métallique, utilisée comme test pour identifier l’anion sulfate ? (A) NO32- aqueux plus SO42- aqueux produit SO3- aqueux plus NO2 gazeux plus O2 gazeux. (B) Ba solide plus SO42- aqueux produit du BaSO4 solide. (C) Ba2 + aqueux plus SO42- aqueux produit du BaSO4 solide. (D) Ba2 + aqueux plus SO42- aqueux produit SO2 gazeux plus O2 gazeux plus Ba solide. (E) Ba (NO3) 2 solide plus H2SO4 aqueux produit BaSO4 solide plus deux HNO3 aqueux.

Dans cet exercice, nous devons considérer la réaction entre le nitrate de baryum, qui est un sel de baryum soluble, et un sulfate métallique, qui peut être représenté comme MSO4 (aq), car il doit également être soluble. Puisque nous allons montrer une équation ionique nette pour cette réaction, seuls les ions qui réagissent seront montrés. Tous les ions spectateurs seront éliminés. Les ions spectateurs sont ceux qui ne changent pas du tout dans la réaction.

Quand une mole de nitrate de baryum est dissoute dans l’eau, cela donne une mole de deux ions baryum à double charge positive et deux moles d’ions nitrate. Ce sont des ions aqueux. Lorsque notre sulfate de métal soluble, représenté par MSO4, est ajouté à l’eau, on obtiendra une mole d’ions M2 + aqueux et une mole d’ions SO42-, également aqueux.

Maintenant que nous avons une liste complète des ions réactifs, nous pouvons regarder ce qui leur arrive au cours de cette réaction. Les ions baryum réagissent avec les ions sulfate pour former un sulfate de baryum insoluble. Ceci est écrit BaSO4 avec s entre parenthèses. Les ions métalliques et les ions nitrate forment un sel de nitrate soluble. Puisque ces ions sont solubles, ils peuvent être ajoutés à la liste des produits de notre équation ionique. Les ions nitrate et les ions métalliques sont en fait des ions spectateurs. Et ils peuvent être éliminés de cette équation ionique. Cela produit l’équation ionique nette qui correspond exactement à la réponse (C) avec les symboles d’état corrects.

Maintenant, nous pouvons résumer les points clés de cette leçon. Les ions carbonates réagissent avec les acides pour produire du gaz carbonique, qui rend l’eau de chaux laiteuse. Les ions halogénures réagissent avec une solution de nitrate d’argent pour produire des précipités d’halogénure d’argent qui peuvent être identifiés à partir de leurs couleurs. Les ions sulfate réagissent avec les sels de baryum solubles pour produire un précipité blanc de sulfate de baryum.

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